某某土木工程专业荷载计算及风荷载侧移验算.doc

1、 河南科技大学毕业设 第一章 荷载计算及风荷载侧移验算2.1 荷载计算2.1.1 恒载标准值计算一、屋面防水层（刚性）30厚C20细石混凝土防水 1.0KN/m2防水层（柔性）三毡四油铺小石子 0.4 KN/m2找平层：15厚水泥砂浆 0.01520KN/m3=0.30KN/m2找坡层：40厚水泥石灰焦砟砂浆3找平 0.04m14KN/m3=0.56KN/m2保温层：80厚矿渣水泥 0.08m14.5KN/m3=1.16KN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m25KN/m3=3KN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17KN/m3=0.17KN/m2 合计： 6.89KN/m

2、2二、走廊楼面 10mm面层水磨石地面：20mms水泥砂浆打底 0.65KN/m2 素水泥砂浆结合层一道结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m20KN/m3=3KN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17KN/m3=0.17KN/m2 合计： 3.82KN/m2三、标准层楼面大理石面层，水泥砂浆擦缝30厚1:3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥 1.16KN/m2水泥结合层一道 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m25KN/m3=3KN/m2抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m17KN/m3=0.17KN/m2 合计： 4.33KN/m2四、梁自重边跨梁 bh=250mm600m

3、m梁自重 25KN/m30.25m(0.6m-0.12m)=3.0KN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m(0.6m-0.12m) 2 17KN/m3=0.16KN/m 合计： 3.16KN/m中间跨梁 bh=250mm400mm梁自重 25KN/m30.25m(0.4m-0.12m)=1.75KN/m抹灰层：10厚混合砂浆0.01m(0.4m-0.12m) 217KN/m3=0.095KN/m 合计： 1.845KN/m基础梁 bh=250mm400mm梁自重 25KN/m30.25m0.4m=2.5KN/m 合计： 2.5KN/m五、柱自重bh=500mm500mm柱自重 25KN/m3

4、0.5m0.5m=6.25KN/m抹灰层：10厚混合砂浆 0.01m0.5m417KN/m3=0.34KN/m 合计： 6.59KN/m六、外纵墙自重标准层：纵墙 0.9m0.24m8KN/m3=1.73KN/m钢框玻璃窗 1.8m0.45KN/m2=0.81KN/m水刷石外墙面 （0.9m+0.6m）0.5KN/m2=0.75KN/m水泥粉刷内墙面 (0.9m+0.6m-0.12m）0.36KN/m2=0.50KN/m 合计： 3.79KN/m底层：纵墙 (3.9m-1.8m-0.6m-0.4m)0.24m8KN/m3=2.11KN/m 钢框玻璃窗 1.8m0.45KN/m2=0.81KN/

5、m水刷石外墙面 （0.9m+0.6m+0.45m）0.5KN/m2=0.98KN/m水泥粉刷内墙 (0.9m+0.6m-0.12m）0.36KN/m2=0.50KN/m 合计： 4.39KN/m七、内纵墙自重标准层：纵墙 3.3m 0.24m8KN/m3=6.34KN/m 水泥粉刷内墙面 (3.3m-0.6m)20.36KN/m2=1.94KN/m 合计： 8.28KN/m底层纵墙 3.9m0.24m8KN/m3=7.45KN/m 水泥粉刷内墙面 (3.9m-0.6m)20.36KN/m2=2.52KN/m 合计： 10.01KN/m八、内横墙标准层:横墙 3.3m0.24m8KN/m3=6.

6、34KN/m水泥粉刷内墙面 (3.3m-0.4m)20.36KN/m2=1.94KN/m 合计： 8.28KN/m底层：横墙 3.9m0.24m8KN/m3=7.49KN/m水泥粉刷内墙面 (3.9m-0.4m)20.36KN/m=2.52KN/m 合计： 10.01KN/m九、内隔墙标准层内隔墙 推拉门 水泥粉刷墙面 合计： 7.11KN/m底层内隔墙 推拉门 水泥粉刷墙面 合计： 8.26KN/m2.1.2活荷载标准值计算一、屋面和楼面活荷载标准值 根据荷载规范查得： 上人屋面：2.0KN/m2 楼面：宿舍 2.0 KN/m2 走廊 2.0KN/m2二、雪荷载: 屋面活荷载与雪荷载不同时考

7、虑，两者取较大值。2.1.3 竖向荷载下框架受荷总图一、屋面板传荷载： 板传至梁的三角形或梯形荷载，为简化计算近似按图2-1方法等效为均布荷载，荷载的传递示意图见图2-2。图2-1 三角形及梯形荷载换算成等效均布荷载图2-2 板传荷载示意图二、 E-F轴间框架梁：屋面板传荷载： 恒载：6.89KN/m2(1-20.252+0.253)1.95m2=25.61KN/m 活载：2.0KN/m2(1-20.252+0.253)1.95m2=7.43KN/m楼面板传荷载： 恒载：4.33KN/m2(1-20.252+0.253)1.95m2=16.09KN/m活载：2.0KN/m2(1-20.252+

8、0.253)1.95m2=7.43KN/m 梁自重：3.16KN/mE-F轴间框架梁均布荷载为： 屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =3.16KN/m+25.61KN/m =28.77KN/m 活载=板传荷载=7.43KN/m楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.16KN/m+16.09KN/m=19.25KN/m活载=板传荷载=7.43KN/m三、F-G轴间框架梁屋面板传荷载： 恒载：6.89KN/m22.7m=11.63KN/m 活载：2.0KN/m22.7m=3.38KN/m楼面板传荷载： 恒载：3.82KN/m22.7m=7.31KN/m 活载：2.0KN/m22.7m=3.38KN/m

9、梁自重：1.845KN/mF-G轴间框架梁均布荷载为: 屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =1.845KN/m+11.63KN/m =13.48KN/m 活载=板传荷载=3.38KN/m 楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =1.845KN/m+7.311KN/m =9.16KN/m 活载=板传荷载=3.38KN/m 由对称关系可知G-H轴间荷载与EF轴间的一样四、E及H轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱：女儿墙自重（做法：墙高1100mm,100mm的混凝土压顶）： 0.24KN/m1.1m18KN/m3+25KN/m30.1m0.24m+(1.2m 2+0.24m) 0.5KN/m2 =6.67KN/

10、m顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载 =6.67KN/m7.8m+3.16KN/m（7.8m-0.5m)+6.89m 3.9m7.8m=233.34KN顶层柱活载=板传活载 =标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 = 标准层柱活载=板传活载 =38.03KN基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重 = =50.30KN五、第F轴及第G轴纵向集中荷载计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 = =183.01KN顶层柱活载=板传活载 = =54.83KN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载 = =210.61KN标准层注活载=板传活载 = =60.83KN基础顶面恒载=底层内纵墙自重+基础梁自

11、重 = =87.09KN 框架载竖向荷载作用下的受荷总图如图2-3所示（图中数值均为标准值）图2-3 竖向受荷总图2.2 风荷载计算和位移验算2.2.1 风荷载计算 为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似用作用在屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载替代。作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载标准值： （2.1）式中w0-基本风压，w0=0.4KN/m2-风压高度变化系数，因建设地点位于洛阳市郊区，所以地面粗糙度为C类-风荷载体型系数，根据建筑物的体型查得=1.4-风振系数，基本自振周期对于钢筋混凝土框架结构可用T1=（0.050.10）n(n是建筑物层数)估算;应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的

12、影响，取T1=0.08n=0.48shi-下层柱高hj-上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍B-迎风面的宽度，B=7.8m计算过程见表2.1表2.1 集中荷载标准值离地高度z/mw0/(KN/m2)hi/mhj/mWk（KN）20.250.851.691.40.43.32.417.8816.950.781.711.40.43.33.319.2313.650.741.671.40.43.33.317.8110.350.741.541.40.43.33.316.437.050.741.391.40.43.33.314.833.750.741.211.40.43.753.313.79 注：表中按公式，

13、其中，由规范查出，对于剪切变形为主的低建筑，可按公式计算出，查表，查表v=0.48.2.2.2风荷载作用下的侧移验算一、侧移刚度D： 见表2.2及表2.3所示表2.2 横向26层D值计算构件名称/(KN/m)第E轴柱0.2714085第F轴柱0.3719301第G轴柱0.3719301第H轴柱0.2714085表2.3 横向底层D值计算构件名称/(KN/m)第E轴柱0.4714850第F轴柱0.5517379第G轴柱0.5517379第H轴柱0.4714850二、风荷载作用下框架侧移计算水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算 （2.2） 式中 Vj-第j层的总剪力-第j层所有柱的抗侧刚度之和

14、-第j层的层间位移第一层的层间侧移值求出后，就可以计算各楼板标高处的侧移值，顶点侧移值，各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和。顶点侧移是所有各层层间侧移之和。j层侧移 （2.3） 顶层侧移 （2.4）框架载风荷载作用下侧移的计算过程见表2.4表2.4 风荷载作用下框架侧移计算层次Wj/KNVj/KN617.8817.88667721/12222519.2337.11667721/5893417.8154.92667721/4023316.4371.35667721/3084214.8386.18667721/2558113.7999.97644581/2129侧移验算：层间侧移最大

15、值： 1/21291/550 (满足要求)第三章 内力计算3.1恒载标准值作用下内力计算一、恒载作用下框架的弯矩计算 （1）梁的固端弯矩可按下面方法求得：如图3-1所示图3-1 梁固端荷载分布图 （3.1） （3.2）所以 （2）根据梁柱相对线刚度，算出各节点的弯矩分配系数，如图3-2所示。用弯矩分配法计算框架内力。传递系数为1/2,各节点分配两次即可。恒荷载作用下的弯矩图如图3-3所示。（a）分层法计算顶层弯矩（b）分层法计算标准层弯矩图3-2（c）分层法计算底层弯矩图3-3 恒荷载作用下的弯矩图二、恒荷载作用下框架的剪力计算，根据图3-4和推导公式进行计算：梁： （3.3） （3.4）柱：

16、 （3.5） 图3-4 框架剪力计算图 （3.6）恒载作用下剪力图如图3-5所示图3-5 恒荷载作用下的剪力图三、恒荷载作用下框架的轴力计算柱自重设计值： 底层：6.59KN/m3.9m=25.70KN 标准层：6.59KN/m3.3m=21.75KN恒荷载作用下的轴力图如图3-6所示图3-6 恒荷载作用下的轴力图3.2活荷载作用下内力分析 由于内力计算采用分层法，因而除底层柱外，其他各层柱的线刚度均乘以0.9，并取相应的传递系数为1/3，（底层的传递系数仍为1/2） 分层法计算框架弯矩如图3-7所示。（a）分层法计算活荷载作用下顶层的弯矩（b）分层法计算活荷载作用下标准层的弯矩 图3-7 （

17、c）分层法计算活荷载作用下底层的弯矩活载满跨布置的弯矩图如图3-8所示。图3-8 活荷载作用下弯矩图活载作用下剪力图如图3-9所示。图3-9 活荷载作用下剪力图活载作用下轴力图如图3-10所示。图3-10 活荷载作用下轴力图3.3水平地震作用计算3.3.1水平地震作用下框架的内力及侧移计算重力荷载代表值计算：六层： 女儿墙： 板： KN 梁： =1104.8KN 柱： KN墙： =1412.71KN 雪荷载： KN 合计： 8872.84KN25层： 板： =3643.94KN 梁： 1104.8KN 柱： 608.92KN 墙： 1412.71KN2=2825.42KN 活荷载： 合计： 9

18、895.96KN底层： 板： 3643.94KN 梁： 1104.8KN 柱： 墙： =3101.06KN 活荷载: 合计： 10226.95KN 该设计抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，场地类别为类场地，依此差得：水平地震影响系数最大值，特征周期Tg=0.35s,阻尼比取。结构总的重力荷载代表值： =58683.63KN结构等效重力荷载代表值3.3.2横向框架侧移刚度计算地震作用是根据各受力构件的抗侧刚度来分配的，同时，若用顶点位移法求结构的自振周期时也要用到结构的抗侧刚度，为此先计算各楼层柱的抗侧刚度。底层：=64458KN/m7=4.51105KN/m标准层：=66772KN/m

19、7=4.67105KN/m各层柱总抗侧刚度如表3.5.表3.1 各楼层柱的总抗侧刚度层次1234564.514.674.674.674.674.673.3.3结构顶点的假想侧移计算 结构顶点的假想侧移计算见表3.2 由式（3.1）计算楼层剪力，式（3.2）计算楼层层间相对位移，式（3.3）计算结构的顶点位移 （3.7） （3.8） （3.9）表3.2 结构的假想侧移层次Gi/KNVGi/KNuT/m68872.848872.840.01900.437159895.9618768.80.04020.418149895.9628664.760.06140.377939895.9638560.720

20、.08260.316529895.9648456.680.10380.2339110226.9558683.630.13010.1301 由计算基本周期，取。 3.4水平地震作用及楼层地震剪力计算及位移验算一、水平地震作用及楼层地震剪力计算 由房屋的抗震设防烈度，场地类别及设计地震分组而确定的地震作用计算参数如下： 由此计算的相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数： 结构等效总重力荷载 又 故应考虑顶部附加地震作用，顶部附加地震作用系数为 二、各质点水平地震作用的标准值 （3.10）计算过程见表3.3表3.3各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi/mGi/KNGiHi/(KN/m

21、)Fi/KNVi/KN620.48872.84181005.940.253334.73334.73517.19895.96169220.920.241312.67647.40413.89895.96136564.250.195252.99900.39310.59895.96103907.580.148192.021092.4127.29895.9671250.910.102132.331224.7413.910226.9539885.110.05773.951298.69701834.71 重力荷载代表值、水平地震作用分布图及层间剪力分布图见图3-11（a）重力荷载代表值 （b）水平地震作用分

22、布图 （c）层间剪力分布图图3-11 地震作用下分布图三、水平地震作用下位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和定点位移ui分别用下式计算： （3.11） （3.12）详细计算过程见表3.4表3.4 地震作用下框架结构的位移层次6334.734.671057.210-411.8810-33.31/45835647.404.671051.3910-311.1610-33.31/23744900.394.671051.9310-39.7710-33.31/170931092.414.671052.4310-37.8410-33.31/141021224.744.671052.6210-35.50

23、10-33.31/125911298.694.511052.8810-32.8810-33.91/1354 ，最大层间弹性位移角发生在第2层， 满足要求3.5水平地震作用下的框架内力计算一、计算依据 由求得框架第i层的层间剪力厚，i层j柱分配的剪力及该柱上、下端的弯矩和分别按下式计算 柱端剪力： （3.13） 下端弯矩： （3.14） 上端弯矩： （3.15）上式中y=yo+y1+y2+y3 y0-标准反弯点高度比，其值根据框架总层数n、该柱所在层m 和梁柱线刚度比查得 y1-某层上下梁线刚度不同时，该层柱反弯点高度比修正值 y2-上层高度h上与本层高度不同时，反弯点高度比修正值 y3-下层高

24、度h下雨本层高度不同时，反弯点高度比修正值各层柱的弯矩计算见表3.5表3.5 柱端弯矩计算层次柱位置Vi/KNDij/(KN/m)Di/(KN/m)Vij/KNyoy1y2y3y6边141.22140856677210.080.30000.309.9823.28中193.511930113.820.36000.3616.4229.195边273.13140856677219.510.400000.4025.7538.63中374.271930126.730.410000.4136.1752.044边379.96140856677227.140.420000.4237.6251.95中520.4

25、31930137.170.450000.4555.2067.463边461.00140856677232.930.450000.4548.9059.77中631.411930145.100.460000.4668.4680.372边516.84140856677236.920.500000.5060.9260.92中707.901930150.560.500000.5083.4283.421边598.39148506445842.740.6500.65108.3558.34中700.301737950.020.6200.62120.9574.13二、梁端弯矩，剪力及柱轴力计算利用节点平衡原理，

26、梁端弯矩和剪力按下式计算： 边节点： （3.16） 中间节点按节点左右梁线刚度比例进行分配： （3.17） （3.18）梁端剪力由梁端的弯矩除以梁跨度求得： （3.19）梁弯矩及剪力计算见表3.6表3.6 梁弯矩与剪力计算层次E-F轴跨梁端弯矩与剪力F-G轴跨梁端弯矩与剪力67.823.2818.575.372.710.6210.627.8757.848.6143.5511.822.724.9124.9118.4547.877.7065.9218.412.737.7137.7127.9337.897.3986.2423.542.749.3349.3336.5427.8109.8296.6126.472.755.2755.2740.9417.8119.26100.2228.142.757.3357.3342.47注：G-H轴跨梁端弯矩及剪力与E-F轴跨梁端弯矩及剪力对称根据梁端剪力计算柱的轴力 边柱轴力： （3.20） 中柱轴力： （3.21）梁剪力及柱轴力计算过程见表3.7表3.7 梁剪力及柱轴力计算表层次各层梁剪力/KN各层柱轴力/KN65.377.875.375.372.502.505.37511.8218.4511.8217.199.139.13